基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究
收稿日期: 2020-09-24
修回日期: 2021-05-20
网络出版日期: 2022-03-17
基金资助
第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0103); 国家自然科学基金项目(91837208); 中国科学院战略性先导科技专项(XDA2006010101); 国家重点研发计划项目(2018YFC1505701)
A Simulation Study on Radiation Budget and Water-Heat Exchange over Alpine Grassland Based on CLM4.5
Received date: 2020-09-24
Revised date: 2021-05-20
Online published: 2022-03-17
利用那曲高寒气候环境观测研究站本部BJ观测点2014年6 -8月的近地层观测资料, 结合CLM4.5陆面模型, 探究空气动力学粗糙长度、 叶面积指数、 植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响, 并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水平衡模拟性能的机制。结果表明: (1)CLM4.5默认的热力学粗糙长度方案Z98高估了感热通量, 并且低估了地表温度, Z12方案和B82方案能够很大程度上减小感热模拟的正偏差与地表温度模拟的负偏差。(2)基于不同类型数据计算了两组空气动力学粗糙长度的月均值, 在替换模式中原有值后, 明显减小了地表通量的模拟偏差。(3)叶面积指数的增加(减少), 使感热减小(增大), 潜热增大(减小), 反射辐射和地面长波辐射通量降低(增加), 并且土壤温湿度也有所下降(上升)。(4)随着植被覆盖度的增加(减少), 潜热通量降低(升高), 感热、 反射短波辐射以及地面长波辐射增强(减弱), 地面土壤温、 湿度有所增加(降低)。本研究为选择最优参数及参数化方案,进而更合理地模拟出整个高原地区的地表能水平衡提供了参考依据。
吴笛 , 胡泽勇 , 付春伟 , 王树金 , 樊威伟 . 基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究[J]. 高原气象, 2022 , 41(1) : 107 -121 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00045
Forced by observations from 1 June to 31 August 2014, which are provided by Naqu station of Plateau Climate and Environment in northern Qinghai-Xizang Plateau, CLM4.5 is used to evaluate the influence on simulated results of both radiation balance and exchange of water-heat after some surface parameters and parameterization schemes including LAI、 vegetation coverage and roughness length have changed.The reason for these changes are also discussed in this article.The results suggested that (1) Compared with the results produced by default scheme Z98, those of schemes named Z12 and B82 perform better in decreasing the positive bias of latent heat fluxes and negative bias of sensible heat fluxes.(2) aerodynamic roughness length calculated by revised Massman model and a method named “Chen” are respectively used to replace the default value, the outcomes produced by CLM approach the observations further.(3)With leaf area index increasing, sensible heat fluxes and reflected radiation and surface long-wave radiation decrease a lot, while latent heat fluxes are on the increase.(4)As the vegetation cover increases, latent fluxes decreases, while sensible heat fluxes and reflected radiation and surface long-wave radiation rise, meanwhile soil temperature and moisture also rise.The aim of this study is to provide a basis for future ambition to simulate the balance of ground surface water and heat over the whole Plateau.
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | |
null | Zilitinkevich S, 1995.Scaling for convective boundary layers[M]//Wind Climate in Cities.Springer, Dordrecht, 67-79.DOI: 10. 1007/978-94-017-3686-2_4 |
null | 陈海山, 孙照渤, 等, 2005.青藏高原单点地气交换过程的模拟试验[J].高原气象, 24 (1): 9-15. |
null | |
null | 郭东林, 杨梅学, 屈鹏, 等, 2009.能量和水分循环过程研究: 回顾与探讨[J].冰川冻土, 31(6): 1116-1126.DOI: 10.11928/j.issn.1001-7410.2017.05.17. |
null | 季国良, 时兴和, 高务祥, 2001.藏北高原地面加热场的变化及其对气候的影响[J].高原气象, 20(3): 239-244. |
null | 贾东于, 文军, 马耀明, 等, 2017.植被对黄河源区水热交换影响的研究[J].高原气象, 36 (2): 424-435. DOI: 10.7522/j.issn. 1000-0534.2016.00044. |
null | 李锁锁, 吕世华, 柳媛普, 等, 2010.黄河上游玛曲地区空气动力学参数的确定及其在陆面过程模式中的应用[J].高原气象, 29(6): 1408-1413. |
null | 李英, 胡泽勇, 2006.藏北高原地表反照率的初步研究[J].高原气象, 25(6): 1034-1041. |
null | 刘少锋, 林朝晖, 2005.通用陆面模式CLM在东亚不同典型下垫面的验证试验[J].气候与环境研究, 2005(3): 406-421. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.03.34. |
null | 刘啸然, 李茂善, 胡文斌, 2019.藏北高原那曲地区不同下垫面地表粗糙度的变化特征研究[J].高原气象, 38(2): 428-438.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00083. |
null | 刘新, 吴国雄, 刘屹岷, 等, 2002.青藏高原加热与亚洲环流季节变化和夏季风爆发[J].大气科学, 26(6): 781-793.DOI: 10. 3878/j.issn.1006-9895.2002.06.07. |
null | 刘光生, 王根绪, 胡宏昌, 等, 2009.青藏高原多年冻土区植被盖度变化对活动层水热过程的影响[J].冰川冻土, 31 (1): 89-095.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00021. |
null | 马伟强, 马耀明, 胡泽勇, 等, 2004.藏北高原地面辐射收支的初步分析[J].高原气象, 23 (3): 348-352. |
null | 马耀明, 塚本修, 吴晓鸣, 等, 2000.藏北高原草甸下垫面近地层能量输送及微气象特征[J].大气科学, 24 (5): 715-722.DOI: 10.1007/s10011-000-0335-3. |
null | 王澄海, 师锐, 左洪超, 2007.青藏高原西部冻融期陆面过程的模拟分析[J].高原气象, 26 (2): 239-248. |
null | 王介民, 1999.陆面过程实验和地气相互作用研究——从HEIFE到IMGRASS和GAME-Tibet/TIPEX[J].高原气象, 18(3): 280-294. |
null | 王永生, 盛裴轩, 刘式达, 1987.大气物理学[J].北京: 气象出版社. |
null | 武利阳, 左洪超, 冯锦明, 等, 2018.中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候影响的数值模拟[J].兰州大学学报: 自然科学版, 54 (3): 334-344. |
null | 谢志鹏, 胡泽勇, 刘火霖, 等, 2017.陆面模式 CLM 4.5 对青藏高原高寒草甸地表能量交换模拟性能的评估[J].高原气象, 36 (1): 1-12.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00012. |
null | 杨扬, 左洪超, 王丽娟, 等, 2015.干旱区荒漠草原过渡带快速变化的陆面过程特征观测分析[J].干旱气象, 33 (3): 412-420.DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00105. |
null | 杨耀先, 李茂善, 胡泽勇, 等, 2014.藏北高原高寒草甸地表粗糙度对地气通量的影响[J].高原气象, 33 (3): 626-636.DOI: 10. 7522/j.issn.1000-0534.2013.00199. |
null | 尤全刚, 薛娴, 彭飞, 等, 2015.高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应[J].中国沙漠, 35 (5): 1183-1192.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2015.00088. |
null | 朱晗晖, 张宇, 沈晓燕, 等, 2018.农牧交错带植被演变对区域气候影响的模拟[J].高原气象, 37 (3): 721-733. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00050. |
/
〈 |
|
〉 |